INTRODUCCIÓN Conocer la temperatura de un cuerpo o un sistema ha sido importante en muchos ámbitos de la sociedad a través del tiempo, desde aplicaciones industriales hasta el cuidado de la salud humana, además es un factor muy importante a la hora de tomar decisiones de riesgo o de estabilidad en un proceso o incluso una vida humana. A medida de que la temperatura de un cuerpo aumenta se vuelve más difícil medirla, ya sea por medios convencionales como los termómetros de mercurio o con sistemas eléctricos como las resistencias detectores detectores de temperatura (RTD's) termistores o termopares. termopares. Los problemas asociados con la medición de temperatura elevada por métodos convencionales, motivó los primeros descubrimientos sobre pirómetros. Los pirómetros son dispositivos que miden la temperatura a través de la energía irradiada por el cuerpo Todos los cuerpos calientes emiten radiaciones térmicas que pueden ser absorbidas por algún otro cuerpo, provocando en él un aumento de temperatura. Estas radiaciones, así como las ondas de radio, la luz, los rayos X, etc., son ondas electromagnéticas capaces de propagarse en el vacío. • Cuanto mayor sea la temperatura del cuerpo caliente, tanto mayor será la cantidad de
calor transmitida por radiación.
PIROMETROS ÓPTICOS Un pirómetro, pirómetro, dispositivo capaz de medir la temperatura de una sustancia sin necesidad de estar en contacto con ella usando la radiación térmica Los termómetros de radiación se clasifican de acuerdo a su principio de medición:
Pirómetro de radiación parcial parcial ,pirómetros ópticos o de banda angosta Pirómetro de radiación total o de banda ancha
Los pirómetros de radiación se fundan en la ley de Stefan-Boltzmann, que dice que la intensidad de energía radiante emi_ da por la super_ cie de un cuerpo aumenta proporcionalmente a la cuarta potencia de la temperatura absoluta (Kelvin) del cuerpo, es decir: W = K × T4
siendo: W = intensidad de energía radiante K = constante T = temperatura absoluta del cuerpo La energía radiante de un cuerpo negro a varias temperaturas, en función de la longitud de onda (Ley de Planck de emisión térmica de la energía radiante).
Desde el punto de vista de medición de temperaturas industriales, las longitudes de onda térmicas abarcan desde 0,1 micras, para las radiaciones ultravioletas, hasta 12 micras, para las radiaciones infrarrojas. Puede observarse que la radiación visible ocupa un intervalo entre la longitud de onda de 0,45 micras, para el valor violeta, hasta 0,7 micras, para el rojo. El coeficiente de emisión o emisividad de un cuerpo es la relación entre la energía radiante emitida por un cuerpo y la de un cuerpo negro que se encuentra a la misma temperatura y en las mismas condiciones de servicio. Un cuerpo negro negro es aquel que absorbe totalmente las radiaciones que recibe y es también un perfecto emisor. Su emisividad es la unidad. Los cuerpos cuyo coeficiente de emisión es menor que la unidad se conocen como cuerpos opacos. La energía que radia el cuerpo negro es función de su temperatura absoluta. Por ejemplo, la energía radiante que emerge de una pequeña abertura en la pared de un recinto calentado uniformemente y con paredes opacas (que tenga o no objetos en su interior a la misma temperatura) tiende a ser radiación de cuerpo negro, ya que la energía que entra o sale de la abertura no se refleja sino que es absorbida a través de las innumerables reflexiones internas. Este es el caso de muchas instalaciones industriales en las que el pirómetro enfoca directamente a una abertura del horno o al extremo de un tubo de mira cerrado. Un pirómetro de radiación calibrado para condiciones de cuerpo negro indicará una baja temperatura del cuerpo que enfoca si éste se encuentra en el exterior. La emisividad depende mucho del estado de la superficie del cuerpo emisor; para un metal como el cobre pasa de 0,10 a 0,85 si el metal, perfectamente pulido, se recubre bruscamente con una capa de óxido. Igual sucede con un baño metálico líquido. El pirómetro dirigido sobre una superficie incandescente no nos dará su verdadera temperatura si la superficie no es perfectamente negra, es decir, que absorba absolutamente todas las radiaciones y no refleje ninguna. En los casos generales, es preciso hacer una corrección de la temperatura leída (temperatura de brillo S) para tener en cuenta el valor de absorción o emisión de la superficie. superficie . Señalemos ahora algunos aspectos de la aplicación de los pirómetros de radiación en la medición de temperaturas de cuerpos negros, opacos y transparentes. Un cuerpo opaco emite, a una temperatura dada, una cantidad de energía de radiación que depende del material y de la forma de la superficie. El cuerpo puede reflejar energía radiante adicional, procedente de cuerpos próximos, llamas, etc., de modo que si tiene un bajo coeficiente de emisión reflejará una gran can_ dad de energía incidente y, al contrario, con un alto coeficiente de emisión la energía reflejada será baja. Si la emisividad del cuerpo es conocida, el instrumento receptor lleva acoplado un dispositivo que permite ajustar directamente la lectura a la temperatura exacta del cuerpo caliente La ley de Wien nos dice cómo cambia el color de la radiación cuando varía la temperatura de la fuente emisora, y ayuda a entender cómo varían los colores aparentes de los cuerpos negros.
Pirómetros ópticos de desaparición de filamento Los pirómetros ópticos manuales aparecieron en el mercado en el año 1900 y se basan en la desaparición del filamento de una lámpara al compararlo visualmente con la imagen del objeto enfocado. El operador varía la corriente de la lámpara hasta que el filamento de la misma deje de verse sobre el fondo del objeto caliente enfocado. El sistema óptico del pirómetro restringe el ancho de onda de 0,65 a 0,66 micras (zona roja del espectro) y dispone de filtros filtr os para reducir la intensidad de la radiación recibida, permitiendo la medida de un amplio margen de temperaturas. Sin embargo, sólo puede medirse la temperatura de objetos incandescentes o en fusión. Pirómetros ópticos automáticos Consisten esencialmente en un disco rotativo que modula desfasadas la radiación del objeto y la de una lámpara que inciden en un fototubo multiplicador. Este envía una señal de salida en forma de onda cuadrada de impulsos de corriente continua que convenientemente acondicionada modifica la corriente de alimentación de la lámpara hasta que coinciden en brillo la radiación del objeto y de la lámpara. En éste momento, la intensidad de corriente que pasa por la lámpara es función de la temperatura. Características EXACTITUD
PRECISIÓN
ANCHO DE ONDA
LA
± 1% al ± 2%.
+0.5
0,65 a 0,66 micras
ERROR
DIAMETRO
4 y 8°C en la medición
0,4 mm.
Ventajas
Altas temperaturas (700 °C hasta 3.200 °C) Es flexible, fácil de usar, ligero y portátil, puede usarse para medir temperaturas de objetos móviles y que estén relativamente lejos Buena repetivilidad repetivilid ad
Desventajas
Alto costo Difícil de determinar la temperatura absoluta exacta No se puede usar para medir la temperatura de gases de combustión limpios que no irradien energía visible. Esto significa que no son adecuados para medir la temperatura de objetos con temperaturas menores de los 700°C.
Aplicaciones Aplicaciones Los métodos sin contacto para la medición de temperatura son usados ampliamente en la fabricación de vidrio, aleación de metales, materiales semiconductores y de otros productos que requieren de calor intenso como parte del proceso de manufactura. se utilizan para medir temperaturas muy elevadas sin la necesidad de contacto físico y dependiendo del rango deseado se elige uno de los tipos de pirómetros ya que los pirómetros de radiación total tienen un mayor rango que los ópticos. * Donde un par termoeléctrico sería envenenado por la atmósfera de horno. *Para la medida de temperaturas de superficies. * Para medir temperaturas de objetos que se muevan. * Para medir temperaturas superiores a la amplitud de los termopares. * Cuando se requiere gran velocidad de respuesta a los cambios de temperatura. * Donde las condiciones mecánicas (vibraciones, choques, etc.) acorten la vida de un par termoeléctrico caliente. * Estos aparatos son muy utilizados en todos los procesos industriales, en el sector profesional y amateur, para peritaje de unidades eléctricas en armarios de distribución o para realizar la comprobación de las temperaturas en componentes de motores.
EJEMPLOS PIRÓMETRO ÓPTICO VF-300 •
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El pirometro optico VF-3000 Rango de temperatura: 400 - 3000ºC (750 - 5400ºF) Construcción Construcci ón compacta para mayor confianza en ambientes adversos Opticas de alta calidad con lente protegido protegido de enfoque fijo y pieza ocular cubierta Filtro optico intercambiable para vistas de objetos brillantes o de alta intensidad Campo de vista estrecho permite isolación de objetos distantes Tiempo de respuesta de 0.2s con retención de picos garante resultados de precisión Dos despliegues digitales de cristal liquido interno y externo Area frontal pequeña minimiza captación de calor Precisión: Menos de 1000ºC: ±6ºC 1000 a 1500ºC: ±0.6% de valor medido Mas de 1500ºC: ±1.2% de valor medido
Repetibilidad±1ºC
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Deriva de temperatura Menos Menos de 1000ºC: 0.2ºC / ºC Mas de 1000ºC: 0.02% de valor medido / ºc
Resolución1ºC
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Tiempo de respuesta0.2s (95º de respuesta)
CONCLUSIÓN Los pirómetros hablando generalmente son de gran ayuda en el ámbito industrial debido a que no tiene la necesidad de estar en contacto directo con el producto para poder conocer su temperatura evitando el desgaste como otros instrumentos debido a vibraciones del equipo, además logran tener un rango mayor de lectura de temperatura en comparación con los termopares por ejemplo. La desventaja que presentan los pirómetros ópticos es que no dará la temperatura exacta ya que el objeto medido debe ser un cuerpo negro, el cual es ideal, pero no existe. Lo que se realiza es suponer la emisividad de lo medido y reajustar la corriente del pirómetro hasta que el filamento deje de verse. Otro inconveniente de este tipo de pirómetro es que por su rango de medición de onda solo puede verificar la temperatura de cuerpos incandescentes, que la radiación pueda ser visible.
BIBLIOGRAFÍA http://www.slideshare.net/tayrrow/pirometros-de-radiacion http://ingenieria.udea.edu.co/public-dcastellanos/Instrumentacion/Diapositivas/3Temperatura-ISA2009.0.pdf http://www.ibertronix.com/productos/PIROMETROS/pirometros_fijos.html http://www.pce-iberica.es/medidor-detalles-tecnicos/instrumento-detemperatura/pirometro-ti-315.htm http://es.scribd.com/doc/49646350/36/Pirometros-Opticos http://www.esi2.us.es/~fsalas/asignaturas/CA3II06_07/Sensores%20y%20actuadores.pdf http://www.ecured.cu/index.php/Ley_de_Planck http://www.pce-iberica.es/medidor-detalles-tecnicos/instrumento-detemperatura/pirometro-ti-315.htm
